DE102010025766B4

DE102010025766B4 - Bistable solenoid

Info

Publication number: DE102010025766B4
Application number: DE201010025766
Authority: DE
Inventors: Marc Leinweber; Christian Mohncke
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: DE102010025766A1

Abstract

Bistabiler Hubmagnet, umfassend ein Gehäuse (2) mit einem Ankergegenstück (28), einen Permanentmagneten (8), eine elektrische Spule (11), und einen entlang einer Bewegungsachse (21) beweglichen Aktor (22), wobei der Aktor (22) durch den Permanentmagneten (8) entlang der Bewegungsachse (21) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ankergegenstück (28) ein Hilfsgegenstück (33) beweglich angeordnet ist, dass der Aktor (22) das bewegliche Hilfsgegenstück (33) durchsetzt, und dass das Gehäuse (2), das Ankergegenstück (28) und das Hilfsgegenstück (33) in einem bestromten Zustand überwiegend durch die Spule (11) magnetisch gepolt sind.Bistable lifting magnet, comprising a housing (2) with an armature counterpart (28), a permanent magnet (8), an electrical coil (11), and an actuator (22) movable along a movement axis (21), the actuator (22) by the permanent magnet (8) can be acted upon along the movement axis (21), characterized in that an auxiliary counterpart (33) is movably arranged in the armature counterpart (28), that the actuator (22) penetrates the movable auxiliary counterpart (33), and that the Housing (2), the armature counterpart (28) and the auxiliary counterpart (33) are polarized mainly magnetically by the coil (11) in an energized state.

Description

Die Erfindung betrifft einen bistabilen Hubmagneten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a bistable solenoid according to the preamble of claim 1.

DE 43 34 031 C2 zeigt einen bistabilen Hubmagneten, umfassend ein Gehäuse, in dem ein zylindrischer Permanentmagnet neben einer Zylinderspule angeordnet ist. Der Permanentmagnet und die Zylinderspule sind durch magnetisch leitende Halterungen voneinander getrennt. Der Permanentmagnet und die Zylinderspule sowie ihre Halterungen bilden in ihrem Inneren einen zylindrischen Hohlraum, den ein beweglicher Aktor mit einer etwa mittig angeordneten radialen Ausnehmung durchsetzt. Der Aktor ragt dabei in einer vorderen Endlage an einem dem Permanentmagneten näheren Ende des Gehäuses aus dem Hohlraum heraus, während an dem anderen, der Zylinderspule näheren Ende ein Eisenkern den Hohlraum verschließt, wobei ein Luftspalt zwischen dem Anker und den magnetisch leitenden Halterungen auf beiden Seiten der radialen Ausnehmung gering ist. Zwischen dem Eisenkern und dem Aktor ist eine Druckfeder gespannt, die den Aktor in eine Richtung weg von dem Eisenkern vorspannt. Der Permanentmagnet und die elektrische Zylinderspule sind durch Führungselemente in ihrem Inneren von dem Aktor räumlich separiert, wobei die Führungselemente sowie der Eisenkern und der Aktor magnetisch leitend ausgestaltet sind. In einem unbestromten Zustand der Zylinderspule wird der Aktor durch die Vorspannung der Druckfederin eine Richtung weg von dem Kern beaufschlagt und ist in der vorderen Endlage haltbar. Wird die elektrische Zylinderspule bestromt, so wird der Aktor entgegen der Vorspannung der Druckfeder in eine hintere Endlage überführt. Dabei verschiebt sich die radiale Ausnehmung des Aktors, wobei der Luftspalt zwischem dem Aktor und der Halterung vergrößert wird und so eine Umleitung eines Magnetflusses der Permanentmagneten erzielt wird. Der umgeleitete Magnetfluss wirkt mit dem Magnetfeld der elektrischen Zylinderspule zusammen und erlaubt eine Bewegung des Aktors entgegen der Kraft der Druckfeder zwischen dem Aktor und dem Eisenkern, in eine hintere Endlage. Nachteilig ist, dass der Aktor nur in seiner hinteren Endlage durch den Permanentmagneten gehalten werden kann, nicht aber in seiner vorderen Endlage, da der Permanentmagnet in der vorderen Endlage keine nennenswerte, in axialer Richtung wirkende Kraft auf den Aktor ausübt. DE 43 34 031 C2 shows a bistable solenoid, comprising a housing in which a cylindrical permanent magnet is arranged adjacent to a cylindrical coil. The permanent magnet and the cylindrical coil are separated by magnetically conductive mounts. The permanent magnet and the cylindrical coil and their holders form in their interior a cylindrical cavity, which passes through a movable actuator with an approximately centrally disposed radial recess. The actuator protrudes in a front end position at a closer end of the permanent magnet of the housing out of the cavity, while at the other, the solenoid closer to an end iron core closes the cavity, with an air gap between the armature and the magnetically conductive brackets on both sides the radial recess is small. Between the iron core and the actuator, a compression spring is tensioned, which biases the actuator in a direction away from the iron core. The permanent magnet and the electric cylindrical coil are spatially separated by guide elements in their interior from the actuator, wherein the guide elements and the iron core and the actuator are designed to be magnetically conductive. In a de-energized state of the solenoid, the actuator is biased by the bias of the compression spring in a direction away from the core and is durable in the forward end position. If the electric solenoid is energized, the actuator is transferred against the bias of the compression spring in a rear end position. In this case, the radial recess of the actuator shifts, wherein the air gap is increased zwischem the actuator and the holder and so a diversion of a magnetic flux of the permanent magnet is achieved. The diverted magnetic flux interacts with the magnetic field of the electric cylindrical coil and allows a movement of the actuator against the force of the compression spring between the actuator and the iron core, in a rear end position. The disadvantage is that the actuator can be held only in its rear end position by the permanent magnet, but not in its front end position, since the permanent magnet in the front end position no significant, acting in the axial direction force exerts on the actuator.

DE 1 253 821 B zeigt einen Hubmagneten, umfassend ein Gehäuse, zwei jeweils in einem Randbereich des Gehäuses angeordnete bestrombare Zylinderspulen, und zwei in einem mittleren Bereich des Gehäuses angeordnete zylindrische Permanentmagneten, deren magnetische Polung zueinander gegensinnig ist. Zwischen den beiden Permanentmagneten sowie jeweils zwischen einem Permanentmagneten und einer Spule ist jeweils ein zylindrischer Weicheisenring angeordnet, wobei der Innendurchmesser der Weicheisenringe geringer ist als der Innendurchmesser der Permanentmagneten und der Spulen. Die Weicheisenringe bilden so einen zylindrischen Kanal, in dem ein Aktor geführt ist. Der Aktor weist nach außen radial abstehende Flansche auf. Die Flansche sind so angeordnet, dass ihre radial nach außen weisende Außenfläche mit Innenflächen der Weicheisenringe zusammenwirken und so einen geringen Luftspalt bilden. Dadurch wird die magnetische Flußdichte in diesen Positionen erhöht, so dass sich Rastpositionen des Aktors ergeben. In einem unbestromten Zustand der Zylinderspulen wirken nur die Permanentmagneten, so dass ein Magnetfeld erzeugt wird, das den Aktor in eine der Rastpositionen zwingt. Wird eine der beiden Spulen bestromt, so überlagert das Magnetfeld dieser Spule das Magnetfeld des ihm nächstgelegenen Permanentmagneten, so dass nur noch das Magnetfeld des entfernteren Permanentmagneten sowie das Magnetfeld der nunmehr bestromten Spule auf den Aktor wirkt. Dadurch wird der Aktor in eine Richtung weg von der Raststellung bewegt. Nachteilig ist die aufwendige und kostenintensive Herstellung des Hubmagneten aufgrund der Spulen und Permanentmagneten und die damit einhergehende hohe Zahl an Bauteilen. DE 1 253 821 B shows a solenoid, comprising a housing, two each arranged in an edge region of the housing Bestrombare solenoid, and arranged in a central region of the housing cylindrical permanent magnet whose magnetic polarity is opposite to each other. Between the two permanent magnets and between a respective permanent magnet and a coil, a cylindrical soft iron ring is arranged in each case, wherein the inner diameter of the soft iron rings is smaller than the inner diameter of the permanent magnets and the coils. The soft iron rings thus form a cylindrical channel in which an actuator is guided. The actuator has outwardly radially projecting flanges. The flanges are arranged so that their radially outwardly facing outer surface cooperate with inner surfaces of the soft iron rings and thus form a small air gap. As a result, the magnetic flux density is increased in these positions, resulting in detent positions of the actuator. In a de-energized state of the cylindrical coils only the permanent magnets act, so that a magnetic field is generated, which forces the actuator in one of the locking positions. If one of the two coils is energized, the magnetic field of this coil superimposes the magnetic field of the nearest permanent magnet so that only the magnetic field of the more distant permanent magnet and the magnetic field of the now energized coil act on the actuator. As a result, the actuator is moved in a direction away from the detent position. A disadvantage is the complex and costly production of the lifting magnet due to the coils and permanent magnets and the associated high number of components.

DE 1 923 627 A zeigt ein Magnetventil mit einem Aktor für eine Ventilgliedbetätigung, wobei der Aktor beziehungsweise ein als Anker ausgebildeter Teil des Aktors von einer elektrischen Spule umgeben ist, wobei eine als ein Ventilglied ausgebildete Kolbenstange des Aktors durch einen senkrecht zu ihr angeordneten Strömungskanal mit einer Abzweigung geführt ist, wobei so ein Dreiwegeventil geschaffen ist, Zwischen der Kolbenstange und dem Anker ist ein als Verbindungsstange ausgebildeter weiterer Teil des Aktors angeordnet. Die Verbindungsstange ist von einem schwimmend gelagerten Polstück umgeben, das entgegen der Wirkrichtung einer elektromagnetischen Kraft, welche durch eine Bestromung der Spule erzeugt wird, durch eine Schraubenfeder vorgespannt ist. Dabei stützt sich die Schraubenfeder einerseits an einem Außenflansch des Polstücks, andererseits an einem Spulenträge der Spule ab. Zwischen dem Polstück und dem Anker befindet sich vor einer Bestromung ein Luftspalt, der bei einer Bestromung durch eine magnetische Anziehung des Polstücks zu dem Anker verkleinert wird, bis die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Anker und dem Polstück so groß wird, dass sie die Federkraft der Schraubenfeder überwindet und das Polstück gegen den Anker gezogen wird, Durch den Außenflansch des Polstücks, der gegen die nunmehr zusammengestauchte Schraubenfeder und dadurch gegen das Spulengehäuse drückt, ist eine Begrenzung für die Bewegung des Ankers und damit der Kolbenstange geschaffen. Auf diese Weise werden Fertigungstoleranzen ausgeglichen. Ferner ist eine Druckfeder zwischen der Kolbenstange und einer Gehäusewand angeordnet, die die Kolbenstange gegen eine Wirkrichtung der von der elektrischen Spule erzeugten Magnetkraft vorspannt. DE 1 923 627 A shows a solenoid valve with an actuator for a valve member actuation, wherein the actuator or an armature designed as part of the actuator is surrounded by an electric coil, wherein a valve member designed as a piston rod of the actuator is guided through a perpendicular to its flow channel with a branch, wherein such a three-way valve is provided between the piston rod and the armature designed as a connecting rod further part of the actuator is arranged. The connecting rod is surrounded by a floating pole piece, which is biased against the effective direction of an electromagnetic force, which is generated by energizing the coil, by a coil spring. In this case, the coil spring is supported on the one hand on an outer flange of the pole piece, on the other hand on a bobbin of the coil. Between the pole piece and the armature is before energizing an air gap, which is reduced when energized by a magnetic attraction of the pole piece to the armature until the magnetic attraction between the armature and the pole piece is so large that they are the spring force of the coil spring overcomes and the pole piece is pulled against the anchor, By the outer flange of the pole piece, which presses against the now compressed spring coil and thereby against the coil housing, a limit to the movement of the armature and thus the piston rod is created. In this way, manufacturing tolerances are compensated. Further is a compression spring disposed between the piston rod and a housing wall, which biases the piston rod against a direction of action of the magnetic force generated by the electric coil.

DE 10 2008 028 125 A1 zeigt einen bistabilen Hubmagneten, bei dem ein Permanentmagnet in einem als Joch ausgebildeten Gehäuse ortsfest angeschlossen ist, und der weiter eine elektrische Spule aufweist, bei deren Bestromen elf als Anker ausgebildeter Aktor entlang einer Bewegungsachse bewegbar ist. Das als Joch ausgebildete Gehäuse umfasst ein als Polkern ausgebildetes Ankergegenstück, welches durch einen mit dem Anker verbundenen Stößel durchsetzt wird. In dem als Polkern ausgebildeten Ankergegenstück ist eine Widerlageranordnung für eine Rückstellfeder angeordnet, wobei die Widerlageranordnung den Stößel radial führt. Die Rückstellfeder spannt den Anker entgegen dem Polkern vor. Der Permanentmagnet ist derart angeordnet, dass er mit einem Kurzschlusskreis den Anker in einer von dem Polkern entfernten ersten Position hält, indem das Magnetfeld des Permanentmagneten über den Kurzschlusskreis und einen Abschnitt des Ankers den Anker fixiert. In einer zweiten, in Richtung auf das Ankergegenstück verlagerten Position des Ankers wird dieser ebenfalls durch den Permanentmagneten, über das Joch, das Ankergegenstück und den Anker verlaufenden Magnetkreis gehalten, während der magnetische Fluss über den Kurzschlusskreis durch einen Luftspalt, der durch eine radiale Stufe im Umfang des Ankers gebildet ist, zumindest weitgehend unterbrochen ist. DE 10 2008 028 125 A1 shows a bistable solenoid, in which a permanent magnet is fixedly connected in a housing designed as a yoke, and further comprising an electrical coil, in whose Bestromen eleven designed as an anchor actuator along a movement axis is movable. The housing designed as a yoke comprises an armature counterpart designed as a pole core, which is penetrated by a plunger connected to the armature. In the armature counterpart designed as a pole core an abutment arrangement for a return spring is arranged, wherein the abutment arrangement radially guides the plunger. The return spring biases the armature against the pole core. The permanent magnet is arranged such that it holds the armature in a first position remote from the pole core with a short circuit, in that the magnetic field of the permanent magnet fixes the armature via the short circuit and a portion of the armature. In a second, displaced towards the armature counterpart position of the armature this is also held by the permanent magnet, the yoke, the armature counterpart and the armature magnetic circuit, while the magnetic flux through the short circuit through an air gap through a radial step in the Scope of the anchor is formed, at least largely interrupted.

US 4 127 513 A zeigt einen Hubmagneten zum Einsetzen in einen Matrixdrucker, bei dem eine elektrische Spule einen entlang einer Bewegungsachse beweglichen Aktor radial umgibt, wobei in Bewegungsrichtung des Aktors ein Ankergegenstück in einem Gehäuse, das die Spule umgibt, eingelassen ist. In dem Gegenstück ist eine Kunststoffbuchse eingesetzt, gegen die sich eine Rückstellfeder abstützt, die den Aktor in seiner Ausgangslage vorspannt. Der Aktor umfasst einen Anker und eine darin festgelegte Kolbenstange, welche die Kunststoffbuchse durchsetzt. Auf der dem Ankergegenstück gegenüberliegenden Seite ist an die Spule grenzend ein als Joch wirkendes oberes Gegenstück angeordnet, wobei eine Kappe aus Kunststoff das obere Gegenstück und den Aktor begrenzt. US 4 127 513 A shows a lifting magnet for insertion into a matrix printer, in which an electrical coil radially surrounding a movable axis of movement actuator, wherein in the direction of movement of the actuator, an armature counterpart in a housing surrounding the coil, is embedded. In the counterpart a plastic bushing is used against which a return spring is supported, which biases the actuator in its initial position. The actuator comprises an armature and a piston rod fixed therein, which passes through the plastic bushing. On the opposite side of the armature counterpart is located adjacent to the coil acting as a yoke upper counterpart, wherein a plastic cap limits the upper counterpart and the actuator.

US 4 149 132 A zeigt einen Hubmagneten, bei dem ein Aktor aus einem Anker und einer darin befestigten Kolbenstange bei Bestromen einer Spule entlang einer Bewegungsachse beweglich ist, wobei ein erstes, in die Spule hinein ragendes Ankergegenstück ein rohrförmiges Widerlager aufweist, in dem eine Rückstellfeder abgestützt ist, die den Aktor in Rückstellrichtung beaufschlagt. Auf der dem Ankergegenstück gegenüberliegenden Seite ist ein weiteres magnetführendes Gegenstück vorgesehen, wobei ein Abstandhalterring die Gegenstücke zur Bildung eines durchgehenden Kanals verbindet. Den Umfang des Kanals sowie der Außenumfang des Ankers ist mit einer Nickelphosphidlage beschichtet, die besonders verschleißfest ist und zugleich einen geringen magnetischen Widerstand aufweist. US 4,149,132 A. shows a solenoid in which an actuator of an armature and a piston rod fixed therein when moving a coil along a movement axis is movable, wherein a first projecting into the coil armature counterpart has a tubular abutment in which a return spring is supported, which supports the Actuator applied in the return direction. On the opposite side of the armature counterpart another magnet-carrying counterpart is provided, wherein a spacer ring connects the counterparts to form a continuous channel. The circumference of the channel and the outer circumference of the armature is coated with a nickel phosphide layer, which is particularly resistant to wear and at the same time has a low magnetic resistance.

DE 10 2008 042 095 A1 beschreibt ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors, wobei ein Magnetkreis eine Magnetspule und einen relativ zu der Magnetspule bewegbaren und mit dieser zusammenwirkenden Magnetanker aufweist, bei dem die Magnetspule mit einer Referenzwechselspannung beaufschlagt wird, wobei eine Phasenverschiebung zwischen der Referenzwechselspannung und einem die Magnetspule infolge der Beaufschlagung mit der Referenzwechselspannung durchfließenden Referenzwechselstrom ermittelt wird, wobei die Phasenverschiebung ein Maß für die Lage des Magnetankers relativ zu der Magnetspule ist. DE 10 2008 042 095 A1 describes a method and a control device for operating an electromagnetic actuator, wherein a magnetic circuit having a magnetic coil and a movable relative to the magnetic coil and cooperating with this magnet armature, wherein the magnetic coil is subjected to a reference AC voltage, wherein a phase shift between the reference AC voltage and the one Magnet coil is determined as a result of the application of the reference alternating voltage flowing through the reference alternating current, wherein the phase shift is a measure of the position of the armature relative to the magnetic coil.

Es die Aufgabe der Erfindung, einen bistabilen Hubmagneten anzugeben, der einfach aufgebaut ist, einen geringen Energiebedarf aufweist und in seiner vorderen Rastposition ein elastisches Verhalten aufweist, wenn eine äußere Kraft auf den Anker einwirkt.It is the object of the invention to provide a bistable solenoid, which has a simple design, has a low energy requirement and in its front latching position has an elastic behavior when an external force acts on the armature.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen bistabilen Hubmagneten mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a bistable solenoid with the features of independent claim 1.

Der erfindungsgemäße bistabile Hubmagnet umfasst ein magnetisch leitendes Gehäuse, in dem ein zylinderförmiger Permanentmagnet angeordnet ist. Das Gehäuse definiert dabei einen zylindrischen Kanal mit einer koaxial dazu angeordneten Bewegungsachse, wobei ein Aktor entlang der Bewegungsachse beweglich angeordnet ist. Über das Gehäuse entfaltet der Permanentmagnet einen magnetischen Fluss derart, dass der bewegliche Aktor in eine Richtung der Bewegungsachse und entgegen der Richtung der Bewegungsachse des Aktors beaufschlagt werden kann. Dabei ist die Richtung, in die der Aktor von dem Permanentmagneten beaufschlagt wird, abhängig davon, in welcher Position der Aktor innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. In dem Gehäuse ist ein den Aktor in einem vorderen Bereich umgreifendes Ankergegenstück angeordnet. Das Ankergegenstück ist ebenfalls magnetisch leitend. In dem Ankergegenstück ist ein bewegliches Hilfsgegenstück angeordnet, das in dem vorderen Bereich zwischen dem Ankergegenstück und dem Aktor liegt und das Ankergegenstück und den Aktor voneinander radial zu der Bewegungsachse beabstandet. Das Hilfsgegenstück ist dabei beweglich koaxial zu der Bewegungsachse des Aktors ausgerichtet. Das Magnetfeld des Permanentmagneten erstreckt sich auch auf das Hilfsgegenstück. Dabei bestimmen einerseits eine Größe eines ersten Luftspaltes zwischen einer entgegen der Richtung der Bewegungsachse weisenden ersten vorderen Stirnfläche des Aktors und einer der ersten vorderen Stirnfläche gegenüberliegenden Schulter des Hilfsgegenstücks in einem vorderen Endbereich des Gehäuses und andererseits eine Größe eines zweiten Luftspaltes zwischen einer in der Richtung der Bewegungsachse weisenden zweiten hinteren Stirnfläche des Aktors und einer der zweiten hinteren Stirnfläche gegenüberliegenden Gehäuseinnenwand in einem hinteren Endbereich des Gehäuses gemeinsam eine Wirkrichtung der magnetischen Beaufschlagung des Aktors durch den Permanentmagneten. Vorteilhaft ist so ein bistabiler Hubmagnet geschaffen, der es erlaubt, mittels eines einzigen Permanentmagneten den Aktor wahlweise in oder entgegen der Richtung der Bewegungsachse des Aktors mit einer magnetischen Kraft zu beaufschlagen. In dem Gehäuse ist ferner eine elektrische Spule angeordnet. Die elektrische Spule kann durch einen angelegten Strom ein Magnetfeld mit einer elektromagnetischen Kraft erzeugen, welches das Magnetfeld des Permanentmagneten entgegengerichtet überlagert, so dass die elektromagnetische Kraft gleichgroß oder größer ist als die Kraft des Permanentmagneten. Aufgrund der Überlagerung heben sich die beiden Magnetfelder zumindest gegenseitig auf, so dass der Aktor aus einer vorderen Endlage oder einer hinteren Endlage heraus entgegen dem Magnetfeld des Permanentmagneten bewegbar ist.The bistable solenoid according to the invention comprises a magnetically conductive housing in which a cylindrical permanent magnet is arranged. The housing defines a cylindrical channel with a coaxially arranged movement axis, wherein an actuator is arranged to be movable along the axis of movement. The permanent magnet unfolds a magnetic flux via the housing such that the movable actuator can be acted upon in a direction of the movement axis and counter to the direction of the movement axis of the actuator. In this case, the direction in which the actuator is acted upon by the permanent magnet, depending on the position in which the actuator is disposed within the housing. In the housing, an armature counterpart embracing the actuator in a front region is arranged. The armature counterpart is also magnetically conductive. In the armature counterpart, a movable auxiliary counterpart is located in the front region between the armature counterpart and the actuator and the armature counterpart and the actuator spaced from each other radially to the movement axis. The auxiliary counterpart is movably aligned coaxially with the axis of movement of the actuator. The magnetic field of the permanent magnet also extends to the auxiliary counterpart. On the one hand determine a size of a first air gap between a counter to the direction of the movement axis facing first front end surface of the actuator and the first front end face opposite shoulder of the auxiliary counterpart in a front end portion of the housing and on the other hand, a size of a second air gap between a in the direction of Moving axis facing second rear end face of the actuator and one of the second rear end face opposite housing inner wall in a rear end portion of the housing together a direction of action of the magnetic loading of the actuator by the permanent magnet. Advantageously, such a bistable solenoid is created, which allows to act by means of a single permanent magnet, the actuator either in or against the direction of the axis of movement of the actuator with a magnetic force. In the housing, an electrical coil is further arranged. The electrical coil can generate a magnetic field by an applied current with an electromagnetic force, which overlaps the magnetic field of the permanent magnet in opposite directions, so that the electromagnetic force is equal to or greater than the force of the permanent magnet. Due to the superposition, the two magnetic fields cancel each other at least, so that the actuator from a front end position or a rear end position out against the magnetic field of the permanent magnet is movable.

Bevorzugt ist ein erstes Federglied zwischen der hinteren Stirnfläche des Aktors und dem Gehäuse gespannt. Bevorzugt ist des erste Federglied als Schraubenfeder ausgebildet, die einer Bewegung des Aktors in die Richtung zu der hinteren Endlage entgegenwirkt. Es ist auch möglich, dass das erste Federglied als Ringfeder, als Tellerfeder oder als elastisches Kunststoffglied ausgebildet ist. Durch das erste Federglied kann ein Zurückfedern des Aktors in die vordere Endlage bei einer Beaufschlagung des Aktors durch eine äußere Kraft erzielt bzw. unterstützt werden, so dass eine Auslenkung des Ankers in eine Bewegungsrichtung reversibel ist.Preferably, a first spring member between the rear end face of the actuator and the housing is stretched. Preferably, the first spring member is designed as a helical spring, which counteracts a movement of the actuator in the direction of the rear end position. It is also possible that the first spring member is formed as an annular spring, as a plate spring or as an elastic plastic member. By the first spring member, a spring back of the actuator in the front end position can be achieved or supported by an external force when the actuator is acted upon, so that a deflection of the armature in a direction of movement is reversible.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Aktor und dem Hilfsgegenstück ein zweites Federglied axial zu der Bewegungsachse gespannt, das einer magnetischen Kraft des Permanentmagneten, die zwischen dem Hilfsgegenstück und dem Aktor wirkt, entgegenwirkt. Wird der Aktor in eine vordere Position ausgelenkt, wobei die Größe des ersten vorderen Luftspalts verringert wird, so wird das zweite Federglied zusammengedrückt. Damit erhöht sich die Federkraft in die Richtung der Bewegungsachse des Aktors, übersteigt jedoch nicht die magnetische Kraft des Permanentmagneten. Das zweite Federglied umgibt vorteilhaft die Kolbenstange des Aktors, wobei sich das zweite Federglied einerseits an der ersten Stirnfläche des Ankers des Aktors abstützt und andererseits das Hilfsgegenstück beaufschlagt und in eine vordere Position drängt. Wird die Spule bestromt und damit der magnetischen Kraft des Permanentmagneten eine zumindest gleichgroße elektromagnetische Kraft entgegengestellt, so wird der Aktor durch die Kraft des zweiten Federgliedes in eine hintere Endlage ausgelenkt.According to a preferred embodiment, a second spring member is axially stretched between the actuator and the auxiliary counterpart to the movement axis, which counteracts a magnetic force of the permanent magnet, which acts between the auxiliary counterpart and the actuator. If the actuator is deflected into a forward position, whereby the size of the first front air gap is reduced, the second spring member is compressed. Thus, the spring force increases in the direction of the axis of movement of the actuator, but does not exceed the magnetic force of the permanent magnet. The second spring member advantageously surrounds the piston rod of the actuator, wherein the second spring member is supported on the one hand on the first end face of the armature of the actuator and on the other hand acts on the auxiliary counterpart and urges in a forward position. If the coil is energized and thus opposes the magnetic force of the permanent magnet at least equal electromagnetic force, the actuator is deflected by the force of the second spring member in a rear end position.

Befindet sich der Aktor in der hinteren Endlage und wird dort durch den Permanentmagneten gehalten, so wird bei einer geeigneten Bestromung der Spule eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die die Haltekraft des Permanentmagneten übersteigt und den Aktor in die vordere Endlage bewegt. Das Gehäuse und der Aktor können bevorzugt aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sein. Besonders geeignete Materialien sind zum Beispiel Automatenstahl, Reineisen oder Siliziumeisen, die gegebenenfalls wärmebehandelt sind, um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern.If the actuator is in the rear end position and is held there by the permanent magnet, an electromagnetic force which exceeds the holding force of the permanent magnet and moves the actuator into the front end position is generated when the coil is energized appropriately. The housing and the actuator may preferably be made of a soft magnetic material. Particularly suitable materials include, for example, free-cutting steel, pure iron or silicon iron, which may be heat-treated to improve the magnetic properties.

Der Permanentmagnet besteht bevorzugt aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung, kann aber auch aus anderen permanentmagnetischen Materialien hergestellt sein, wie beispielsweise aus gesintertem Eisenoxid, aus Aluminium-Nickel-Eisen-Cobalt-Legierungen oder aus einem magnetisiertem ferromagnetischen Material.The permanent magnet is preferably made of a neodymium-iron-boron alloy, but may be made of other permanent magnetic materials, such as sintered iron oxide, aluminum-nickel-iron-cobalt alloys, or a magnetized ferromagnetic material.

Der Aktor umfasst vorzugsweise einen magnetischen oder magnetisierbaren Anker und eine nicht magnetische Kolbenstange. Um magnetische Verluste zu vermindern wird für den Anker bevorzugt ein Material mit geringer Remanenz eingesetzt.The actuator preferably comprises a magnetic or magnetizable armature and a non-magnetic piston rod. In order to reduce magnetic losses, a material with low remanence is preferably used for the anchor.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor wahlweise in einem vorderen Endbereich oder einem hinteren Endbereich des Gehäuses festlegbar. Die magnetische Kraft des Permanentmagneten zwischen der ersten Innenfläche des Gehäuses in dem vorderen Endbereich und der vorderen ersten Stirnfläche des Aktors wird durch eine Reduzierung des ersten Luftspaltes vorteilhaft derart verstärkt, dass der Aktor in dem vorderen Endbereich festgehalten wird und damit festhaltbar ist. Befindet sich der Aktor in einer hinteren Position, wird ferner die magnetische Kraft des Permanentmagneten zwischen der zweiten Innenfläche des Gehäuses in dem hinteren Endbereich und der hinteren zweiten Stirnfläche auf den Aktor derart verstärkt, dass der Aktor in dem hinteren Endbereich festgehalten wird und damit festhaltbar ist.In a preferred embodiment, the actuator is selectively fixable in a front end portion or a rear end portion of the housing. The magnetic force of the permanent magnet between the first inner surface of the housing in the front end region and the front first end surface of the actuator is advantageously enhanced by a reduction of the first air gap, that the actuator is held in the front end region and thus firmly held. Further, when the actuator is in a rearward position, the magnetic force of the permanent magnet between the second inner surface of the housing in the rear end portion and the rear second end surface is strengthened on the actuator such that the actuator is retained in the rear end portion and is thus retainable ,

Das Ankergegenstück ist vorteilhaft in den Innenbereich des Gehäuses eingepresst Vorteilhaft ist der Aktor in dem Ankergegenstück geführt und bildet mit diesem einen magnetischen Schluss. Das Ankergegenstück weist vorteilhaft einen nach außen gerichteten Konus auf, dessen Außenradius sich zu einer Einlassrichtung des Ankers hin verjüngt. Dadurch wird die auf den Anker wirkende Magnetkraft vorteilhaft bei einem Einführen des Ankers hin zu einer vorderen Endlage konstant gehalten, so dass der bistabile Hubmagnet eine über einen definierten Hubbereichkonstante Kraft aufweist.The armature counterpart is advantageously pressed into the interior of the housing Advantageously, the actuator is guided in the armature counterpart and forms with this a magnetic closure. The armature counterpart advantageously has an outward directed cone, the outer radius of which tapers towards an inlet direction of the armature. As a result, the magnetic force acting on the armature is advantageously kept constant when the armature is introduced towards a front end position, so that the bistable solenoid has a force that is constant over a defined stroke range.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor in dem vorderen Endbereich durch eine dort angeordnete Lagerscheibe gelagert und geführt, die einen Innenraum des Gehäuses abschließt. Die Außenseite der Lagerscheibe bildet dabei mit der Außenwand des Gehäuses eine plane Fläche. Das Hilfsgegenstück kann sich vorteilhaft in einer vorderen Position gegen die Lagerscheibe entgegen einer Richtung der Bewegungsachse des Aktors abstützen. Vorteilhaft weist das Hilfsgegenstück einen Flansch in einem zu der Lagerscheibe weisenden Bereich auf, der in eine dafür vorgesehene Ausbuchtung des Ankergegenstücks ragt. Dabei bildet ein die Ausbuchtung begrenzender Vorsprung einen Anschlag für den Flansch, so dass eine axiale Bewegung des Hilfsgegenstücks einerseits durch die Lagerscheibe und andererseits durch den Vorsprung der Ausbuchtung des Ankergegenstücks begrenzt wird. Anstelle der Lagerscheibe kann das Ankergegenstück in einer alternativen Ausgestaltung derart geformt sein, dass das Ankergegenstück als Lagerung und Führung für den Aktor dient und den Innenraum des Gehäuses abschließt.In a preferred embodiment, the actuator is mounted and guided in the front end region by a bearing disk arranged there, which closes off an interior of the housing. The outer side of the bearing disk forms a flat surface with the outer wall of the housing. The auxiliary counterpart can advantageously be supported in a front position against the bearing disk against a direction of the movement axis of the actuator. Advantageously, the auxiliary counterpart has a flange in an area facing the bearing disk, which protrudes into a recess of the anchor counterpart intended for this purpose. In this case, a protrusion limiting projection forms a stop for the flange, so that an axial movement of the auxiliary counterpart is limited on the one hand by the bearing disc and on the other hand by the projection of the bulge of the armature counterpart. Instead of the bearing disk, the armature counterpart can be formed in an alternative embodiment such that the armature counterpart serves as a bearing and guide for the actuator and closes the interior of the housing.

Vorteilhaft liegt der erste vordere Luftspalt zwischen dem Hilfsgegenstück und dem Aktor. Bei einer Reduktion der Größe des ersten vorderen Luftspalts bis auf eine kritische Größe, wobei das zweite Federglied zusammengestaucht wird, kommt es zu einer solch starken magnetischen Haltekraft zwischen dem Hilfsgegenstück und dem Aktor durch den Permanentmagneten, dass das Hilfsgegenstück einer Bewegung des Aktors aus einer festen Endlage durch eine Krafteinwirkung folgt, ohne dass die Feder aus ihrer zusammengestauchten Lage heraus entspannt. Damit kann vorteilhaft eine hohe Haltekraft des Aktors erreicht werden, und ebenfalls ein Zurückfedern des Aktors in die vordere Endlage bei einer Beaufschlagung des Aktors durch eine große äußere Kraft erzielt bzw. unterstützt werden, so dass eine Auslenkung des Ankers in eine Bewegungsrichtung reversibel ist.Advantageously, the first front air gap between the auxiliary counterpart and the actuator. With a reduction of the size of the first front air gap to a critical size, wherein the second spring member is compressed, there is such a strong magnetic holding force between the auxiliary counterpart and the actuator by the permanent magnet, that the auxiliary counterpart movement of the actuator from a solid End position follows by a force without the spring from its compressed up position relaxes. Thus, advantageously, a high holding force of the actuator can be achieved, and also a spring back of the actuator in the front end position at a loading of the actuator can be achieved or supported by a large external force, so that a deflection of the armature in a direction of movement is reversible.

Vorteilhaft wird das Ankergegenstück und der Aktor von einer Hülse radial umgeben. Dabei wirkt die Hülse bevorzugt magnetisch isolierend, so dass eine unsymmetrische Radialbeaufschlagung des Aktors durch außerhalb der Hülse und in dem Gehäuse angeordnete ein Magnetfeld erzeugende Komponenten, wie einen Elektro- oder den Permanentmagneten, vermieden oder zumindest abgeschwächt wird. Dadurch wird die Reibung durch fertigungsbedingte Unebenheiten in der Geometrie des Aktors durch radial auftretende unsymmetrische Magnetkräfte verringert.Advantageously, the armature counterpart and the actuator is surrounded radially by a sleeve. In this case, the sleeve preferably acts magnetically insulating, so that an asymmetrical Radialbeaufschlagung the actuator by outside of the sleeve and arranged in the housing a magnetic field generating components, such as an electric or the permanent magnet, avoided or at least attenuated. As a result, the friction is reduced by production-related unevenness in the geometry of the actuator by radially occurring unbalanced magnetic forces.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind das Gehäuse, das Ankergegenstück und das Hilfsgegenstück in einem unbestromten Zustand durch das Magnetfeld des Permanentmagneten magnetisch gepolt. Vorteilhaft ergibt sich dadurch zusammen mit dem Aktor ein geschlossener Magnetkreis, wenn dieser in einer vorderen Endlage positioniert ist. Dadurch wird vorteilhaft eine starke Haltekraft auf den Aktor erzeugt. Wenn der Aktor in der hinteren Endlage positioniert ist, umfasst der geschlossene Magnetkreis den Permanentmagneten, das Gehäuse und den Aktor.In a preferred embodiment, the housing, the armature counterpart and the auxiliary counterpart in a de-energized state are magnetically poled by the magnetic field of the permanent magnet. Advantageously, this results in a closed magnetic circuit together with the actuator when it is positioned in a front end position. As a result, a strong holding force is advantageously generated on the actuator. When the actuator is positioned in the rear end position, the closed magnetic circuit comprises the permanent magnet, the housing and the actuator.

Ein Verfahren zum Betreiben eines bistabilen Hubmagneten umfassend einen Permanentmagneten, eine elektrische Spule, und einen Aktor umfasst einen Schritt in dem die das Gehäuse umgebende Spule negativ bestromt wird, so dass der Aktor durch die Summe der an ihm angreifenden Kräfte in einen hinteren Endbereich des Gehäuses bewegt wird. Der Aktor wird in dem hinteren Endbereich durch die Magnetkraft des Permanentmagneten gehalten. Durch ein positives Bestromen wird das Magnetfeld des Permanentmagneten durchbrochen beziehungsweise verdrängt, so dass der Aktor in einen vorderen Endbereich des Gehäuses bewegt wird. Nach einem Ausschalten der zuvor positiv bestromten Spule wird der Aktor in dem vorderen Endbereich durch die Kraft der ersten Feder gehalten, die zweite Feder wird durch die Kraft des Permanentmagneten eingespannt.A method for operating a bistable solenoid comprising a permanent magnet, an electrical coil, and an actuator comprises a step in which the coil surrounding the housing is negatively energized, so that the actuator by the sum of the forces acting on it in a rear end portion of the housing is moved. The actuator is held in the rear end portion by the magnetic force of the permanent magnet. By a positive energizing the magnetic field of the permanent magnet is broken or displaced, so that the actuator is moved into a front end portion of the housing. After switching off the previously positively energized coil, the actuator is held in the front end region by the force of the first spring, the second spring is clamped by the force of the permanent magnet.

Vorteilhaft umfassen die angreifenden Kräfte eine erste Federkraft, die von dem ersten Federglied erzeugt wird, eine zweite Federkraft, die von dem zweiten Federglied erzeugt wird sowie eine Magnetkraft, die von dem Permanentmagneten und bei einem Bestromen auch von der elektrischen Spule erzeugt wird.Advantageously, the engaging forces include a first spring force generated by the first spring member, a second spring force generated by the second spring member, and a magnetic force generated by the permanent magnet and, during energization, also by the electrical coil.

Vorteilhaft wird das Verfahren dadurch verbessert, dass der Aktor nach einer Auslenkung durch eine von außen auf den Aktor ausgeübte Kraft durch die erste Federkraft in den vorderen Endbereich zurückgebracht und dort gehalten wird. In dieser Situation kann die zweite Feder ihre Wirkung nicht entfalten, weil sie durch die Kraft des Permanentmagneten bei konstanter Länge eingespannt bleibt. Vorteilhaft lassen sich dadurch Kraftspitzen auf den Aktor oder kurze Auslenkungen des Aktors ausgleichen oder dämpfen.Advantageously, the method is improved in that the actuator is returned to a deflection by a force exerted from the outside of the actuator force by the first spring force in the front end region and held there. In this situation, the second spring can not exert its effect because it remains clamped by the force of the permanent magnet at a constant length. Advantageously, this makes it possible to compensate or dampen force peaks on the actuator or short deflections of the actuator.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird eine Induktivität der Spule laufend, in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen durch eine Auswerteschaltung gemessen. Dabei wird ein geringer zeitlich variabler Prüfstrom durch die Spule geleitet, der eine Auslenkung des Aktors nicht bewirken kann. Der Spannungsverlauf über der Spule wird gemessen und ein Ergebnis der Messung von der Auswerteeinheit für die Bestimmung der Lage des Aktors verwendet.In an advantageous development, an inductance of the coil is continuously measured at regular or irregular time intervals by an evaluation circuit. This is a passed small time variable test current through the coil, which can not cause a deflection of the actuator. The voltage curve across the coil is measured and a result of the measurement is used by the evaluation unit for determining the position of the actuator.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und den abhängigen Ansprüchen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings with reference to an embodiment.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen bistabilen Hubmagneten. 1 shows a schematic representation of a first preferred embodiment of a bistable solenoid according to the invention.

1 zeigt einen bistabilen Hubmagneten 1 mit einem äußeren magnetisch leitenden Gehäuse 2 aus einer weichmagnetischen Legierung. Das Gehäuse 2 ist topfförmig mit einem durch einen Innenflansch 3 gebildeten Boden ausgestaltet und weist in seinem Innenraum 4 einen zylindrischen Hohlraum auf. In einem vorderen Endbereich 5 ist das Gehäuse 2 geöffnet. In einem hinteren Endbereich 6 weist das Gehäuse den Innenflansch 3 auf, der einen von dem Innenflansch 3 radial umrandeten Durchlass 7 des Gehäuses 2 begrenzt. 1 shows a bistable solenoid 1 with an outer magnetically conductive housing 2 made of a soft magnetic alloy. The housing 2 is cup-shaped with a through an inner flange 3 formed formed floor and has in its interior 4 a cylindrical cavity. In a front end area 5 is the case 2 open. In a rear end area 6 the housing has the inner flange 3 on, one of the inner flange 3 radially outlined passage 7 of the housing 2 limited.

In dem Innenraum 4 des Gehäuses 1 ist ein zu dem Innenflansch 3 des Gehäuses 1 beabstandeter zylindrischer Permanentmagnet 8 aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung eingelassen, der eine zentrale Innenbohrung 9 aufweist, wobei die Innenbohrung 9 einen größeren Kreisdurchmesser besitzt als der Durchlass 7 des Gehäuses 2. An den Permanentmagneten 8 angrenzend ist in einem vorderen Bereich des Innenraums 4 des Gehäuses 2 ein Spulenträger 10 angeordnet, auf den eine Spule 11 aus Kupfer gewickelt ist. Der Spulenträger 10 und das Gehäuse 2 bilden zusammen in dem vorderen Endbereich 5 eine koplanare Fläche 13. Der Spulenträger 10 weist ebenfalls eine Innenbohrung 12 auf, die koaxial zu der Innenbohrung 9 des Permanentmagneten angeordnet ist und den gleichen Durchmesser aufweist. Außerhalb des Gehäuses 2 und auf der koplanaren Fläche 13 ist ein Flanschring 14 angeordnet, der Bohrungen 15 für eine Befestigung an einer nicht gezeigten externen Komponente aufweist.In the interior 4 of the housing 1 is one to the inner flange 3 of the housing 1 spaced cylindrical permanent magnet 8th made of a neodymium-iron-boron alloy, which has a central internal bore 9 having, wherein the inner bore 9 has a larger circle diameter than the passage 7 of the housing 2 , At the permanent magnet 8th Adjacent is in a front area of the interior 4 of the housing 2 a coil carrier 10 arranged on which a coil 11 made of copper. The coil carrier 10 and the case 2 form together in the front end area 5 a coplanar surface 13 , The coil carrier 10 also has an internal bore 12 on, coaxial with the inner bore 9 of the permanent magnet is arranged and has the same diameter. Outside the case 2 and on the coplanar surface 13 is a flange ring 14 arranged, the holes 15 for attachment to an external component, not shown.

Die Innenbohrungen 9, 12 des Permanentmagneten 8 und des Spulenträgers 10 sind durch eine im wesentlichen zylindrische Hülse 16 durchsetzt, wobei die Hülse 16 in dem hinteren Endbereich 6 des Gehäuses eine Stufe 17 aufweist, die in den durch den Innenflansch 3 des Gehäuses 2 gebildeten Durchlass 7 hineinreicht. Die Hülse 16 bildet dabei mit dem Innenflansch 3 eine nach außen gerichtete weitere koplanare Fläche 18, wobei der von dem Innenflansch 3 gebildete Durchlass 7 verschlossen ist. In dem vorderen Endbereich 5 weist die Hülse 16 eine radial nach außen weisendene Umbiegung 19 auf, die in eine radiale Ausnehmung 20 in einer Innenwand des Spulenträgers 10 eingreift, die Hülse 16 gegen den Spulenträger 10 abstützt sowie den Spulenträger 10 in dem Gehäuse 2 gegen den Permanentmagneten 8 festlegt.The inner holes 9 . 12 of the permanent magnet 8th and the bobbin 10 are by a substantially cylindrical sleeve 16 interspersed, the sleeve 16 in the rear end area 6 of the housing one step 17 which, in through the inner flange 3 of the housing 2 formed passage 7 extends. The sleeve 16 forms with the inner flange 3 an outwardly directed coplanar surface 18 , where of the inner flange 3 formed passage 7 is closed. In the front end area 5 has the sleeve 16 a radially outward bend 19 on that in a radial recess 20 in an inner wall of the bobbin 10 engages the sleeve 16 against the coil carrier 10 supports and the coil carrier 10 in the case 2 against the permanent magnet 8th sets.

Die Mittelachse 21 der Hülse 16 bildet eine Bewegungsachse 21 eines in die Hülse 16 eingelassenen Aktors 22. Der Aktor umfasst einen Anker 23 und eine Kolbenstange 24, wobei der Anker 23 von der Kolbenstange 24 durchsetzt ist. Eine positive Bewegungsrichtung 25 des Aktors 22 wird durch die Richtung einer Bewegung des Aktors 22 von dem vorderen Endbereich 5 zu dem hinteren Endbereich 6 definiert.The central axis 21 the sleeve 16 forms a movement axis 21 one in the sleeve 16 taken in actuator 22 , The actuator includes an anchor 23 and a piston rod 24 , where the anchor 23 from the piston rod 24 is interspersed. A positive direction of movement 25 of the actor 22 is determined by the direction of movement of the actuator 22 from the front end area 5 to the rear end area 6 Are defined.

In einem Bereich des Aktors 22, der zu dem hinteren Endbereich 6 des Gehäuses 2 weist, ist eine zentrale Aussparung 26 angeordnet, die den Anker 22 axial zu einem Drittel durchsetzt. Dabei ragt die den Anker 22 durchsetzende Kolbenstange 24 teilweise in die Aussparung 26 hinein, wobei zwischen einer Innenwand der Aussparung 26 und der Kolbenstange 24 eine Stirnfläche in einer Ringnut gebildet wird. Eine zwischen der Hülse 16 und der Stirnfläche in der Ringnut eingespannte als erste Schraubenfeder 27 ausgebildetes erstes Federglied spannt den Aktor 22 in eine Richtung entgegen seiner Bewegungsrichtung 25 vor.In one area of the actor 22 leading to the rear end area 6 of the housing 2 points, is a central recess 26 arranged the anchor 22 penetrated axially to one third. It sticks out the anchor 22 penetrating piston rod 24 partly in the recess 26 in, between an inner wall of the recess 26 and the piston rod 24 an end face is formed in an annular groove. One between the sleeve 16 and the end face clamped in the annular groove as the first coil spring 27 trained first spring member biases the actuator 22 in a direction opposite to its direction of movement 25 in front.

Ferner ist in die Hülse 16 ein Ankergegenstück 28 eingelassen, das außerhalb des Flanschrings 14 in dem vorderen Endbereich 5 aus dem Gehäuse 2 hinausragt und mit einem ersten Flanschabschnitt 29 den Spulenträger 10 und die Hülse 16 hinterfasst und mit einem zweiten Flanschabschnitt 30, der an den ersten Flansch 29 angeordnet ist, den Flanschring 14 hinterfasst und diesen festlegt. Dabei ist der Flanschring 14 radial außerhalb des ersten Flansches 29 angeordnet. Das Ankergegenstück 28 umgibt die Kolbenstange 24 des Aktors 22 radial. Das Ankergegenstück 28 weist dabei eine Innenbohrung 31 auf, die einen größeren Innendurchmesser besitzt als ein Außendurchmesser der Kolbenstange 24 des Aktors 22.Further, in the sleeve 16 an anchor counterpart 28 taken in, outside the flange ring 14 in the front end area 5 out of the case 2 protrudes and with a first flange portion 29 the coil carrier 10 and the sleeve 16 covered and with a second flange section 30 that is attached to the first flange 29 is arranged, the flange ring 14 behind and this sets. Here is the flange ring 14 radially outside the first flange 29 arranged. The anchor counterpart 28 surrounds the piston rod 24 of the actor 22 radial. The anchor counterpart 28 has an internal bore 31 on, which has a larger inner diameter than an outer diameter of the piston rod 24 of the actor 22 ,

Der Innenbereich des Ankergegenstücks wird in dem vorderen Endbereich 5 des Gehäuses 2 durch eine von dem Aktor 22 durchsetzte Lagerscheibe 32 verschlossen. Gegen die Lagerscheibe 32 stützt sich ein Hilfsgegenstück 33, das mit einem als eine zweite Schraubenfeder 34 ausgebildeten zweiten Federglied gegen den Anker 23 des Aktors 22 vorgespannt ist. Das Hilfsgegenstück 33 weist an seinem nach vorne weisenden Ende einen kleinen Flansch 35 auf, der in eine dafür vorgesehene Ausnehmung 36 des Ankergegenstücks 28 ragt. Einerseits wird die Bewegung des Hilfsgegenstücks 33 durch die Lagerscheibe 32 begrenzt. Andererseits wird die Bewegung des Hilfsgegenstücks durch einen Vorsprung 37 an der Ausnehmung 36 des Ankergegenstücks durch den gegen den Vorsprung 37 schlagenden kleinen Flansch 35 begrenzt.The interior of the armature counterpart becomes in the front end region 5 of the housing 2 through one of the actor 22 interspersed bearing disc 32 locked. Against the bearing disc 32 supports an auxiliary counterpart 33 that with one as a second coil spring 34 formed second spring member against the anchor 23 of the actor 22 is biased. The auxiliary counterpart 33 has at its forward facing end a small flange 35 on, in a designated recess 36 the anchor counterpart 28 protrudes. On the one hand, the movement of the auxiliary counterpart 33 through the bearing disc 32 limited. On the other hand, the movement of the auxiliary counterpart by a projection 37 at the recess 36 the anchor counterpart by the against the projection 37 beating small flange 35 limited.

Der Anker 23 des Aktors 22 weist in Richtung des Ankergegenstücks 28 einen vorderen Einschubbereich 38 mit einem verringerten Außendurchmesser auf, der es dem Aktor 22 beziehungsweise dem Anker 23 erlaubt, in das Ankergegenstück 28 einzugleiten.The anchor 23 of the actor 22 points in the direction of the armature counterpart 28 a front slot area 38 with a reduced outer diameter, which allows the actuator 22 or the anchor 23 allowed, in the anchor counterpart 28 enter conduct.

Das Ankergegenstück 28 weist auf seiner Außenwand in einem von dem Einschubbereich 38 einen Außenkonus 39 auf.The anchor counterpart 28 indicates on its outer wall in one of the insertion area 38 an outer cone 39 on.

Das Ausführungsbeispiel funktioniert nun wie folgt:
Befindet sich der Aktor 22 mit dem Anker 23 in dem hinteren Bereich 6 des Gehäuses 2 in einer hinteren Endlage, so wirkt einerseits die Kraft des Permanentmagneten 8 und die Kraft der ersten Schraubenfeder 27 gegen eine Kraft der zweiten Schraubenfeder 34. Das Magnetfeld des Permanentmagneten 8 durchsetzt den Innenflansch 3 des Gehäuses 2 und wirkt so auf eine hintere Stirnfläche des Aktors 22, so dass auf den Aktor 22 eine magnetische Kraft in Bewegungsrichtung 25 wirkt. Dadurch wird der Aktor in der hinteren Endlage gehalten.The embodiment now works as follows:
Is the actuator located? 22 with the anchor 23 in the back area 6 of the housing 2 in a rear end position, so on the one hand affects the force of the permanent magnet 8th and the force of the first coil spring 27 against a force of the second coil spring 34 , The magnetic field of the permanent magnet 8th passes through the inner flange 3 of the housing 2 and thus acts on a rear end face of the actuator 22 , so on the actuator 22 a magnetic force in the direction of movement 25 acts. As a result, the actuator is held in the rear end position.

Durch ein Bestromen der Spule 11 wird das Magnetfeld des Permanentmagneten 8 durch das Magnetfeld der Spule 11 überlagert, wodurch die Summe der Kräfte der zweiten Schraubenfeder 34, der ersten Schraubenfeder 27 und des resultierenden Magnetfeldes gegen die Bewegungsrichtung 25 wirkt, so dass der Aktor 22 in eine vordere Endlage in dem vorderen Bereich 5 des Gehäuses 2 befördert wird, wodurch die erste Schraubenfeder 27 zusammengedrückt sowie der Luftspalt zwischen dem Hilfsgegenstück 33 und dem Aktor 22 geschlossen wird.By energizing the coil 11 becomes the magnetic field of the permanent magnet 8th through the magnetic field of the coil 11 superimposed, reducing the sum of the forces of the second coil spring 34 , the first coil spring 27 and the resulting magnetic field against the direction of movement 25 acts, so the actor 22 in a front end position in the front area 5 of the housing 2 is transported, causing the first coil spring 27 compressed as well as the air gap between the auxiliary counterpart 33 and the actor 22 is closed.

Die Magnetkraft des Permanentmagneten 8 hält zusammen mit der ersten Federkraft der ersten Schraubenfeder 27 nach einem Abschalten der Spule 11 den Anker 23 an dem Hilfsgegenstück 33, so dass eine sichere Lagerung des Aktors 22 in der vorderen Endlage gewährleistet ist. Hierzu durchsetzt der magnetische Fluss des Permanentmagneten 8 das Ankergegenstück 28 und das Hilfsgegenstück 33 und erzeugt so die axiale magnetische Kraft des Permanentmagneten 8 zwischen dem Aktor 22 und dem Hilfsgegenstück 33, die die zweite Feder 34 gespannt hält.The magnetic force of the permanent magnet 8th holds together with the first spring force of the first coil spring 27 after switching off the coil 11 the anchor 23 on the auxiliary counterpart 33 , allowing a safe storage of the actuator 22 guaranteed in the front end position. For this purpose, the magnetic flux of the permanent magnet interspersed 8th the anchor counterpart 28 and the auxiliary counterpart 33 and thus generates the axial magnetic force of the permanent magnet 8th between the actor 22 and the auxiliary counterpart 33 that the second spring 34 curious holds.

Wird die Kolbenstange 24 des Aktors 22 in der vorderen Endlage von einer äußeren Kraft beaufschlagt, so wird der Aktor 22 in eine Richtung hin zu der hinteren Endlage bewegt, wobei jedoch die Kraft der ersten Feder 27 den Aktor in die vordere Endlage zurückbewegt. Die Kraft des Permanentmagneten hält die zweite Feder 34 gespannt.Will the piston rod 24 of the actor 22 in the front end position acted upon by an external force, so is the actuator 22 moved in a direction towards the rear end position, but the force of the first spring 27 the actuator moved back into the front end position. The force of the permanent magnet holds the second spring 34 curious; excited.

Bei einem negativen Bestromen der Spule 11 wird nunmehr der Aktor 22 zurück in die hintere Endlage bewegt, wobei das Magnetfeld des Permanentmagneten 8 durch die negative Bestromung überlagert wird und das dadurch entstehende Magnetfeld nur noch eine geringe oder keine resultierende Kraft in Bewegungsrichtung erzeugt. Hierbei wird der magnetische Fluss zwischen dem Ankergegenstück 28, dem Hilfsgegenstück 33 und dem Aktor 22 verkleinert, so dass aufgrund ihrer Vorspannung die zweite Schraubenfeder 34 den Aktor 22 hin zu der hinteren Endlage von dem Hilfsgegenstück 33 wegbewegt. Gegen Ende der Bewegung wirkt die magnetische Kraft unterstützend.When the coil is energized negatively 11 now becomes the actor 22 moved back to the rear end position, the magnetic field of the permanent magnet 8th is superimposed by the negative energization and generates the resulting magnetic field only a small or no resultant force in the direction of movement. Here, the magnetic flux between the armature counterpart 28 , the auxiliary counterpart 33 and the actor 22 reduced so that due to their bias the second coil spring 34 the actor 22 towards the rear end position of the auxiliary counterpart 33 moved away. Towards the end of the movement, the magnetic force is supportive.

Eine Steuerung des bistabilen Hubmagneten 1 wird von einer (nicht dargestellten) elektrischen Steuereinheit ausgeführt. Die Steuereinheit regelt eine Bestromung der elektrischen Spule 11, wobei ein positiver elektrischer Strom auf die Spule 11 von einer (nicht dargestellten) Stromquelle übertragen wird, wenn die Kolbenstange 24 des Hubmagneten 1 ausgefahren werden soll und ein negativer Strom von der Stromquelle auf die Spule 11 übertragen wird, wenn die Kolbenstange 24 des Hubmagneten 1 eingefahren werden soll. Die elektrische Steuereinheit umfasst dabei bevorzugt einen digitalen speicherprogrammierbaren (nicht dargestellten) Prozessor und einen (nicht dargestellten) Leistungsverstärker, der als eine H-Brücke ausgestaltet ist. Die Steuereinheit schickt dabei durch die Spule 11 einen Prüfstrom, der eine Lageänderung des Aktors nicht oder nur unwesentlich bewirken kann. Durch eine Änderung des Prüfstroms und einer Überwachung der damit verbundenen Prüfspannung, misst die Steuereinheit die Induktivität der Spule 11, die von der Lage des Aktors 22 abhängig ist. Dadurch ist die Steuereinheit in der Lage, durch die gemessene charakteristische Prüfspannung eine Position des Aktors 11 zu jedem Zeitpunkt zu bestimmen. Für die Messung ist zwischen der Spule 11 und dem digitalen Prozessor ein Analog-Digitalwandler geschaltet, der die analogen Spannungsschwankungen über der Spule in ein von der Steuereinheit verwertbares digitales Signal umwandelt.A control of the bistable solenoid 1 is performed by an electric control unit (not shown). The control unit regulates an energization of the electric coil 11 , where a positive electric current is applied to the coil 11 is transmitted from a power source (not shown) when the piston rod 24 of the lifting magnet 1 should be extended and a negative current from the power source to the coil 11 is transmitted when the piston rod 24 of the lifting magnet 1 to be retracted. The electrical control unit preferably comprises a digital memory-programmable processor (not shown) and a power amplifier (not shown) which is designed as an H-bridge. The control unit sends through the coil 11 a test current that can not or only insignificantly cause a change in position of the actuator. By changing the test current and monitoring the associated test voltage, the control unit measures the inductance of the coil 11 that depends on the location of the actor 22 is dependent. As a result, the control unit is able, by the measured characteristic test voltage, a position of the actuator 11 at any time. For the measurement is between the coil 11 and an analog-to-digital converter connected to the digital processor, which converts the analog voltage fluctuations across the coil into a digital signal usable by the control unit.

Claims

Bistable lifting magnet, comprising a housing ( 2 ) with an anchor counterpart ( 28 ), a permanent magnet ( 8th ), an electric coil ( 11 ), and one along a movement axis ( 21 ) movable actuator ( 22 ), wherein the actuator ( 22 ) by the permanent magnet ( 8th ) along the movement axis ( 21 ) is acted upon, characterized in that in the armature counterpart ( 28 ) an auxiliary counterpart ( 33 ) is movably arranged, that the actuator ( 22 ) the movable auxiliary counterpart ( 33 ) and that the housing ( 2 ), the anchor counterpart ( 28 ) and the auxiliary counterpart ( 33 ) in an energized state predominantly through the coil ( 11 ) are magnetically poled.

Bistable lifting magnet according to claim 1, characterized in that the actuator ( 22 ) by the permanent magnet ( 8th ) in optionally a front end region ( 5 ) of the housing ( 2 ) on the auxiliary counterpart ( 33 ) or a rear end region ( 6 ) of the housing ( 2 ) is determinable.

Bistable lifting magnet according to claim 2, characterized in that when fixed by the permanent magnet ( 8th ) in the front end region ( 5 ) a width of an air gap between the actuator ( 22 ) and the auxiliary counterpart ( 33 ) is nearly zero.

Bistable solenoid according to one of claims 1 to 3, characterized in that a deflection of the actuator ( 22 ) in a direction of movement ( 25 ) with the on the actuator ( 22 ) fixed counterpart ( 33 ) is reversible.

Bistable solenoid according to one of claims 1 to 4, characterized in that a first spring member ( 27 ) between the actuator ( 22 ) and the housing ( 2 ) is tense.

Bistable lifting magnet according to one of claims 1 to 5, characterized in that a second spring member ( 34 ) between the actuator ( 22 ) and the auxiliary counterpart ( 33 ) is tense.

Bistable solenoid according to claim 6, characterized in that the second spring member ( 34 ) in a de-energized state of the coil and the determination of the actuator ( 22 ) by the permanent magnet ( 8th ) in the front area ( 5 ) is compressed.

Bistable solenoid according to one of claims 1 to 7, characterized in that the actuator ( 22 ) by the permanent magnet ( 8th ) in a direction of movement ( 25 ) along the movement axis ( 21 ) and against the direction of movement ( 25 ) along the movement axis ( 21 ) can be acted upon.

Bistable solenoid according to one of claims 1 to 8, characterized in that the actuator ( 22 ) by a negative energizing a coil ( 11 ) in a rear end region ( 6 ) of the housing ( 2 ) is movable, wherein the actuator ( 22 ) after switching off the negatively energized coil ( 11 ) in the rear end region ( 6 ) by the permanent magnet ( 8th ) and that the actuator ( 22 ) by a positive energizing the coil ( 11 ) in a front end region ( 5 ) of the housing ( 2 ) is movable, wherein the actuator ( 22 ) when switching off the positively energized coil ( 11 ) in the front end region ( 6 ) by the permanent magnet ( 8th ) is held.

Bistable lifting magnet according to claim 8, characterized in that in the front end region ( 5 ) held actuator ( 22 ) undergoes a deflection when acted upon by an external force, wherein the actuator ( 22 ) by the spring ( 27 ) in the front end region ( 5 ) and held there.

Bistable solenoid according to one of claims 1 to 10, characterized in that a voltage across the coil ( 11 ) can be brought about by a time-variable test current, that an evaluation circuit measures the voltage, and that the voltage measured by the evaluation circuit is used as the feedback signal for the position determination of the actuator ( 22 ) serves.